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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Contacts relatifs à cet article / NEUMANN Emmanuelle / SCHOEHN Guy

Présentation du Groupe de Microscopie Electronique et Méthodes

Responsable du Groupe : Guy SCHOEHN

Le groupe assure également le fonctionnement de la plateforme de MET.


Le groupe comprend quatre équipes :

Equipe Guy Schoehn  : Détermination de la structure des assemblages macromoléculaires
Membres : Maria Bacia, Daphna Fenel, Grégory Effantin, Leandro Estrozi, Benoit Gallet, Wai-Li Ling, Emmanuelle Neumann, Hélène Malet, Christine Moriscot, Stéphanie Hutin, Guy Schoehn

Equipe Irina Gutsche  : Machines macromoléculaires chez les bactéries et les virus
Membres : Irina Gutsche, Isai Kandiah, Diego Carriel, Jan Félix, Angélique Fraudeau, Matthew Jessop, Clarissa Liesche, Karine Huard, Megghane Baulard

Equipe Jean-Luc Pellequer  : AFM
Membres : Jean-Luc Pellequer, Jean-Marie Teulon

Equipe Pascal Fender  : Adénovirologie
Membres : Pascal Fender, Emilie Stermann, Charles Vragniau

Objectifs du groupe

Notre groupe est impliqué dans la détermination de structure de complexes macromoléculaires biologiques et dans la compréhension des relations structure-fonction. Deux équipes utilisent la microscopie électronique comme technique principale pour arriver à ces buts. La troisième équipe base sa recherche sur des études par AFM, alors que la quatrième est spécialisée en adénovirologie.

La microscopie électronique en biologie structurale

La coloration négative
Cette technique, simple et rapide, permet la visualisation directe de protéines à partir d’une certaine taille (50-100 kDa). L’enrobage de ces protéines avec un sel d’atomes lourds génère des images avec un contraste élevé. Ces images fournissent des informations structurales provenant seulement de la surface de l’objet, mais la technique de coloration négative reste incontournable pour effectuer des vérifications sur l’état d’un échantillon avant son observation en cryo-microscopie électronique. Cette technique permet également de contrôler la qualité (homogénéité) d’un échantillon en vue de sa cristallisation.

La cryo-microscopie électronique et l’analyse d’images
Cette technique permet de s’affranchir de la présence de colorant ou de fixateur chimique, respectant ainsi mieux la structure de l’objet. Plus lourde à mettre en oeuvre que la technique de coloration négative, elle consiste à congeler très rapidement dans de l’éthane liquide des échantillons hydratés de façon à les figer dans une glace amorphe (vitrification). Contrairement à la coloration négative, cette méthode n’utilise aucun additif ce qui préserve l’état natif de l’échantillon tout en permettant d’accéder à sa structure interne.
Les images obtenues sont des projections de toute l’épaisseur de l’échantillon mais ne possèdent cependant qu’un contraste très faible : l’ analyse d’images est alors indispensable. Le principe général consiste dans un premier temps à additionner des images de faible contraste afin de moyenner le bruit présent et d’obtenir un meilleur rapport signal sur bruit. Dans un deuxième temps, ces moyennes qui représentent des vues de l’échantillon sous différents angles peuvent être combinées de manière mathématique pour calculer la structure tridimensionnelle de l’objet de départ.
L’objectif est d’identifier les interactions moléculaires présentes au sein de ces complexes ainsi que leurs implications biologiques. Nous utilisons la cryo-microscopie électronique et la reconstruction tridimensionnelle par analyse d’images afin d’obtenir des cartes à moyenne résolution de l’objet de départ. Nous combinons également ces volumes à résolution nanométrique avec les structures atomiques cristallographiques des différents constituants du complexe.

Le développement, la validation et l’application de nouvelles méthodes d’analyse d’images jouent également un rôle fondamental dans notre recherche. Le but est d’apporter aux chercheurs expérimentés et/ou novices des utilitaires efficaces et ergonomiques pour la détermination et l’interprétation des structures.

Liste des instruments disponibles

Microscopes électroniques en transmission :

Instruments pour la préparation d’échantillons cellulaires :

  • Automate de cryo-fixation sous haute pression HPM100
  • Automate de cryo-préparation AFS2 + FSP
  • (Cryo-)ultra-microtome UC7/FC7
  • Automate d’immunomarquage IGL

Microscopes à Force Atomique :
- Multimode 8, Nanoscope V (Bruker)
- Dimension 3100, Nanoscope V (Bruker)
Instruments associés aux microscopes :
- Microscope fluo, Nikon Eclipse TE2000
- Lampe UV/Ozone

Mots clés

Coloration négative, Cryo-microscopie électronique, Reconstruction tridimensionnelle d’images, Cryo-Tomographie, Virus, Microtubules, Complexes Macromoléculaires, Méthodologie, Détection directe d’électrons, AFM, Adénovirologie.

Principales récentes publications

- Rodrigues CD, Henry X, Neumann E, Kurauskas V, Bellard L, Fichou Y, Schanda P, Schoehn G, Rudner DZ, Morlot C. (2016). A ring-shaped conduit connects the mother cell and forespore during sporulation in Bacillus subtilis. Proc Natl Acad Sci U S A. 113(41):11585-11590.

- Kandiah E, Carriel D, Perard J, Malet H, Bacia M, Liu K, Chan SW, Houry WA, Ollagnier de Choudens S, Elsen S, Gutsche I. (2016). Structural insights into the Escherichia coli lysine decarboxylases and molecular determinants of interaction with the AAA+ ATPase RavA. Sci Rep. 6:24601.

- Effantin G, Estrozi LF, Aschman N, Renesto P, Stanke N, Lindemann D, Schoehn G, Weissenhorn W. (2016). Cryo-electron Microscopy Structure of the Native Prototype Foamy Virus Glycoprotein and Virus Architecture. PLoS Pathog. 12(7):e1005721.

- Costa L, Andriatis A, Brennich M, Teulon JM, Chen SW, Pellequer JL, Round A. (2016). Combined small angle X-ray solution scattering with atomic force microscopy for characterizing radiation damage on biological macromolecules. BMC Struct Biol. 16(1):18.

- Coscia F, Estrozi LF, Hans F, Malet H, Noirclerc-Savoye M, Schoehn G, Petosa C. (2016). Fusion to a homo-oligomeric scaffold allows cryo-EM analysis of a small protein. Sci Rep. 6:30909.

- Chen SW, Teulon JM, Godon C, Pellequer JL. (2016). Atomic force microscope, molecular imaging, and analysis. J Mol Recognit. 29(1):51-5.

- Richter M, Yumul R, Wang H, Saydaminova K, Ho M, May D, Baldessari A, Gough M, Drescher C, Urban N, Roffler S, Zubieta C, Carter D, Fender P, Lieber A.(2015) Preclinical safety and efficacy studies with an affinity-enhanced epithelial junction opener and PEGylated liposomal doxorubicin. Mol Ther Methods Clin Dev. 11 ;2:15005.

- Gutsche I, Desfosses A, Effantin G, Ling WL, Haupt M, Ruigrok R, Sachse C, Schoehn G. Near-atomic cryo-EM structure of the helical measles virus nucleocapsid. Science (2015) 348 (6235):704-7

- Sumarheni S, Hong SS, Josserand V, Coll JL, Boulanger P, Schoehn G, Fender P. (2014) Human Full-Length Coagulation Factor X and a GLA Domain-Derived 40-mer Polypeptide Bind to Different Regions of the Adenovirus Serotype 5 Hexon Capsomer. Hum Gene Ther. 25(4):339-49.

- Malet H, Liu K, El Bakkouri M, Chan SW, Effantin G, Bacia M, Houry WA, Gutsche I. (2014) Assembly principles of a unique cage formed by hexameric and decameric E. coli proteins. Elife. 3:e03653.

- Gebhardt R, Teulon JM, Pellequer JL, Burghammer M, Colletier JP, Riekel C. (2014) Virus particle assembly into crystalline domains enabled by the coffee ring effect. Soft Matter. 10(30):5458-62.

- Lu ZZ, Wang H, Zhang Y, Cao H, Li Z, Fender P and Lieber A. (2013) Penton-Dodecahedral Particles Trigger Opening of Intercellular Junctions and Facilitate Viral Spread during Adenovirus Serotype 3 Infection of Epithelial Cells. PLoS Pathog. 9(10):e1003718

La liste complète des publications du groupe est consultable ici.